La filière française du stockage de l’énergie

22/12/2018
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-5:24910
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La filière française du stockage de l’énergie

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82 ZREE N°5/2018 DOSSIER 1 LE STOCKAGE PAR BATTERIES DANS LES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES Storage solutions are at the core of the energy transition. They are an essential element to smart energy networks: storage is one of the major flexibility solutions allowing for a massive integration of renewable energy sources. It will have a posi- tive effect on the future dimensioning of the grid and, finally, due to the emergence of smart storage solutions, it allows a full use of ICT’s potential for energy grids. However, compared to the other components of a smart grid and despite the global market growing by 60% per year, storage has so far developed at a slow pace in France. Many initiatives have been launched in recent years to develop the sector, and France benefits from an already existing experience in this area. With the energy transition law, the growing political ambition to develop the industry and the drastic decline in the cost of batteries, energy storage solutions could experience a real expansion in France, provided that certain barriers are successfully lifted, and that the objectives set by the new law are materialized. The article details the current context and the signs that illustrate the emergence and structuring of a French storage ecosystem, then reviews the recurring obs- tacles and the necessary prerequisites for the development of this sector. Les solutions de stockage sont au cœur de la transition énergétique. Elles consti- tuent un élément essentiel des réseaux d’énergie intelligents : le stockage est l’une des principales solutions de flexibilité permettant une intégration massive des sources d’énergie renouvelables. Il aura un effet positif sur le dimensionne- ment futur du réseau et, enfin, grâce à l’émergence de solutions intelligentes, il permet d’utiliser pleinement le potentiel des TIC pour les réseaux d’énergie. Toutefois, comparé aux autres composants d’un réseau intelligent, et malgré une croissance du marché mondial de 60 % par an, le stockage s’est peu développé jusqu’à présent en France. De nombreuses initiatives ont été lancées ces der- nières années pour développer le secteur et la France bénéficie d'une expérience déjà acquise dans ce domaine. Avec la loi relative à la transition énergétique, l'ambition politique croissante de développer l'industrie et la baisse drastique du coût des batteries, les solutions de stockage d'énergie pourraient connaître une véritable expansion en France, à condition que certaines barrières soient levées et que les objectifs fixés par cette nouvelle la loi soient matérialisés. L'article détaille le contexte actuel et les signes illustrant l'émergence et la structu- ration d'un écosystème de stockage français, puis passe en revue les obstacles ré- currents et les conditions préalables nécessaires au développement de ce secteur. Photo 1 : Un démonstrateur de recharge du véhicule électrique – Crédit photo : Renault. Valérie-Anne Lencznar Déléguée générale de Think Smartgrids Melinda Murail Chargée de communication de Think Smartgrids Patrick Canal Délégué général du club Stockage d’énergies de l’ATEE Florence Lambert Directrice du CEA Liten et présidente de la commis- sion Industrie, emplois et innovation du SER La filière française du stockage de l’énergie REE N°5/2018 Z 83 La filière française du stockage de l’énergie Introduction Les solutions de stockage sont un maillon essentiel des réseaux d’éner- gie intelligents. Ils facilitent l’intégration des EnR en participant à la flexibilité et permettent à la fois de réduire le dimensionnement futur des réseaux et d’exploiter pleinement le potentiel des technologies de l’information et de la communication (TIC). Pourtant, comparé aux autres composants d’un smart grid, et alors même que le marché mondial croît de 60 % par an, le marché du stockage ne s’est jusqu’à présent développé que lentement en France. Avec la loi de transition énergétique et la baisse spectaculaire du coût des batteries, les solutions de stockage d’énergie pour- raient cependant connaître un véritable essor en France, à condition de réussir à lever certains freins. Ainsi, de nom- breuses initiatives ont été lancées ces dernières années pour que la filière française puisse anticiper cette évolu- tion du marché. Un contexte économique et réglementaire de plus en plus favorable Les signaux sont au vert pour le développement de la filière française. Certains experts prévoient un triplement des dispositifs de stockage en cinq ans, faisant de la France le troisième mar- ché le plus important d’Europe derrière l’Allemagne et le Royaume-Uni [1]. Cette évolution du marché découle de plusieurs facteurs. Une volonté politique de structurer la filière Un plan de reconquête industrielle En 2013, dans le cadre du pro- gramme Nouvelle France Industrielle, le gouvernement français a lancé un plan « Autonomie et puissance des bat- teries » visant à consolider et à struc- turer les filières batteries et hydrogène au service de la transition énergétique et de la mobilité électrique. Suite à la refonte des 34 plans industriels en 2015, le stockage a gardé une place de choix dans la solution “Mobilité écolo- gique”, notamment avec l’objectif de développer le véhicule électrique et les bornes de charge [2]. De son côté, le plan “Réseaux électriques intelligents” a conservé son statut dans « les solu- tions Ville durable ». Des sources de financement et de nombreux appels d’offres En parallèle, plusieurs projets impli- quant du stockage d’énergie par bat- terie ont pu être financés grâce au Programme d’Investissement d’avenir lancé en 2010 par l’ADEME et doté d’un budget de 3,3 milliards d’euros. Quelques exemples : s LINITIATIVE 0-% i ¡NERGIES RENOUVE- lables, stockage et conversion de l’énergie, systèmes électriques intelli- gents », lancée en septembre 2016 ; s LAPPELÌPROJETSi3TOCKAGEETCONVER- sion d’énergie », ouvert en août 2015 ; s PLUSIEURS APPELS DOFFRES SUCCESSIFS pour des installations solaires photo- voltaïques avec stockage dans les dé- partements d’outre-mer et la Corse : 33 projets cumulant 52 MWc en 2016, suivi d’un autre appel d’offres avec 67 projets lauréats et 63,3 MWc, en août 2017 [3]. À noter que le coût du MWh a été divisé par deux entre les deux appels d’offres (113,6 contre 216 F/ MWh), à seulement un an d’intervalle, traduisant les gains rapides en com- pétitivité du solaire qui se poursuivent actuellement. Un « Airbus du stockage européen » ? Maroš Šefcovic, vice-président pour l’énergie de la Commission européenne, a dévoilé fin 2017 un projet visant à do- ter l’Europe de sa propre filière techno- logique de stockage d’électricité, dans le cadre de la stratégie commune en matière d’énergie. Sans une filière européenne d’enver- gure, le boom annoncé des véhicules électriques risque en effet de profiter surtout aux producteurs asiatiques de batteries. L’Alliance européenne serait constituée de dix à vingt giga-entre- prises aptes à capter une part consé- quente d’un marché estimé à 250 milliards de dollars [4]. Le Président Macron et de nom- breux acteurs français ont déjà exprimé leur soutien, mais pour l’instant, aucun acteur européen ne souhaite prendre l’initiative du projet. Un cadre réglementaire qui évolue favorablement Le cadre réglementaire a évolué favorablement ces trois dernières an- nées, avec plusieurs jalons importants, notamment : La loi relative à la transition énergétique pour la croissance verte Publiée en août 2015, cette loi pré- voit de faire passer la part des énergies renouvelables à 32 % d’ici 2030. Elle publie également un objectif ambitieux d’indépendance énergétique totale pour les zones non interconnectées (ZNI) à l’horizon 2030. Ces objectifs impliquent un déploiement massif de solutions de stockage pour intégrer ces productions variables. Son article 199 introduit par ailleurs la possibilité de lancer des expérimenta- tions concernant la gestion de la flexibi- lité locale sur les réseaux de distribution, pour quatre ans, renouvelables une fois. Cela inclut le stockage, avec possibilité de rémunération par le tarif d’utilisation des réseaux publics d’électricité (TURPE) à hauteur des coûts évités au gestionnaire de réseau. Cependant, à l’issue de la pre- mière période, on constate que peu de démonstrateurs avec stockage ont été déployés. Au vu du contexte favorable, la 84 ZREE N°5/2018 DOSSIER 1 LE STOCKAGE PAR BATTERIES DANS LES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES reconduction de cette expérimentation serait souhaitable. Les recommandations de la Commission de Régulation de l’Énergie (CRE) Avec la délibération du 8 décembre 2016 proposant de nouvelles recom- mandations sur le développement des réseaux électriques intelligents, la CRE préconise la mise à disposition des don- nées de localisation des contraintes sur les réseaux par les gestionnaires de ces réseaux. Ceci permettrait à des opéra- teurs de stockage, des collectivités ou des porteurs de projets de connaître les besoins de suppression des conges- tions réseau et ainsi de développer des solutions adaptées. Une équation économique plus favorable Le contexte actuel devient nette- ment plus favorable à l’émergence d’un modèle économique viable des batteries. La hausse du prix de l’électricité, qui devrait se poursuivre avec les opéra- tions de « grand carénage » des centrales nucléaires, le renforcement des réseaux électriques, ou encore le financement des EnR, favorise la volonté d’optimiser les flux énergétiques par le recours au stockage. Entre 2010 et 2018, le prix des bat- teries Lithium-ion a baissé de 77 %, grâce aux économies d’échelle dues à la production industrielle de masse pour les véhicules électriques. La ten- dance devrait se poursuivre : une étude publiée en novembre 2017 par Lazard [5] prévoyait une baisse allant de 19 à 36 % du prix du stockage dans les cinq ans à venir. La durée de vie des batteries devient en outre suffisam- ment longue pour offrir un réel amor- tissement des coûts (4 000 cycles à 1 cycle/jour). Enfin, l’autoconsommation se dé- veloppe avec la baisse du coût des pan- neaux solaires, l’évolution favorable des tarifs de revente et la prime à l’achat. Avec la baisse rapide du coût des bat- teries, la filière pourrait bénéficier large- ment de cette progression1 . Structuration et développe- ment de la filière française De nombreux acteurs co-existent déjà Un paysage académique structuré La recherche française en électro- chimie comporte plusieurs organismes spécialisés (CNRS, CEA, IFP énergies nouvelles) en plus des nombreux labo- ratoires de pointe sur le stockage. Tous ces acteurs académiques, ainsi que plu- 1 Voir notamment l’article du présent dossier de Marion Perrin et Jérôme Bersano sur les nou- veaux modèles rendus possibles par l’utilisa- tion des batteries. sieurs industriels, collaborent au sein du Réseau sur le stockage électrochimique de l’énergie (RS2E), afin d’accélérer la recherche et le transfert technologique sur les systèmes de stockage les plus innovants [6]. Une filière industrielle dense Sur chacun des maillons de la chaîne de valeur du stockage, des acteurs historiques intègrent déjà le stockage dans leurs projets et développent de nouvelles offres autour du stockage (figure 1) : s CONSTRUCTEURS DE BATTERIES 3!&4 TOTAL, BlueSolutions (Groupe Bolloré), Kemwatt) ; s INTÏGRATEURS DE SOLUTIONS FOURNISSANT l’électronique de puissance, les ser- vices auxiliaires et le système de ges- tion de la batterie (Socomec, SCLE, EDF EN, Schneider…) ; s FOURNISSEURS DE SOLUTIONS DE GESTION de l’énergie, créant des algorithmes pour optimiser la gestion de la bat- terie et des flux énergétiques asso- ciés (Comwatt, EDF Store & Forecast, Beebryte…) ; s PORTEURSDEPROJETSDEDÏMONSTRATION (Enedis, EDF, Bouygues immobilier, Engie, RTE…) ; s SOCIÏTÏS DE SERVICES ET BUREAUX d’études (Bertin, Cofely, Clean Horizon, Enea, Artelys…) ; s RECYCLEURS ET RÏEMPLOI DE BATTERIES (Veolia, SNAM). Figure 1 : Liste des acteurs français présents sur la filière stockage – Source : NFI. REE N°5/2018 Z 85 La filière française du stockage de l’énergie Un écosystème de start-ups se développe autour du stockage intelligent De nombreuses startups françaises émergent, surtout dans la gestion des données énergétiques et le pilotage intelligent de l’énergie (objets connec- tés, Big Data, intelligence artificielle…). Leurs solutions matérielles ou logicielles permettent d’exploiter au maximum les services offerts par le stockage local de l’énergie. On peut également mentionner des startups développant des tech- nologies innovantes de stockage, comme Levisys et Energiestro qui fabriquent des volants d’inertie, Nawa Technologies pour les super-conden- sateurs, Kemwatt pour les batteries à circulation, ou encore Tiamat pour les batteries sodium-ion. La filière commence à se structurer Une expertise issue des démons- trateurs Les nombreux démonstrateurs in- cluant du stockage en France ont permis de mieux comprendre les conditions garantissant sa rentabilité et la multipli- cité des services offerts, ainsi que de créer des synergies entre les acteurs. Ainsi, les projets Venteea (Aube) (photo 2), Nice Grid (PACA), IssyGrid (IDF), MYRTE (Corse) et Jupiter 1000 de GRT gaz (Fos-Sur-Mer) ont permis d’acqué- rir une expertise sur l’alliance entre production renouvelable et stockage (électrochimique pour les premiers et hydrogène pour le dernier). Enfin, le projet Ringo, mené par RTE, permettra d’étudier le stockage décorrélé de la production EnR [7]. Plusieurs grands groupes français investissent dans le stockage Avec la transition énergétique, de nombreux acteurs français anticipent l’évolution du marché et investissent massivement dans le stockage : s Acquisition du constructeur de batteries Saft par Total, en vue de proposer des solutions de stoc- kage d’électricité pour l’intégration d’EnR ; s ENGIE et EDF investissent dans des sociétés spécialisées dans le stock- age par batterie, comme la start-up américaine AMS (Advanced Microgrid Solutions) ou l’entreprise allemande Sunfire, fabricant de piles à combus- tible ; de même, le groupe Bolloré in- vestit dans sa filiale BlueSolutions qui développe une batterie lithium métal polymère « tout solide » ; Photo 2 : Un conteneur de batteries SAFT du démonstrateur Venteea – Crédit photo : Think Smartgrids. 86 ZREE N°5/2018 DOSSIER 1 LE STOCKAGE PAR BATTERIES DANS LES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES s EDF a annoncé en mars 2018 un plan pour développer 10 gigawatts de nouveaux moyens de stockage d’électricité dans le monde d’ici à 2035, avec l’ambition de devenir le “leader européen” du secteur [8]. Des alliances commencent à émerger On peut par exemple citer la for- mation d’une alliance entre des indus- triels européens menée par SAFT, avec Solvay, Siemens et Manz pour produire d’ici 2023 une batterie lithium-ion so- lide aux performances prometteuses2 . Enfin, Think Smartgrids, associa- tion professionnelle qui fédère la filière smart grid française, promeut les solu- tions de stockage comme source de flexibilité pour les systèmes électriques et travaille à l’export des savoir-faire fran- çais sur le stockage. Les verrous à lever pour favoriser le développement de la filière Le frein économique, frein majeur au stockage : s LE COßT DU DÏPLOIEMENT DU STOCKAGE est encore trop élevé, notamment dans un contexte de coût bas de l’élec- tricité en France ; s lN DANSSESRETOURSDEXPÏRIENCE des premiers démonstrateurs smart grid [9], l’ADEME notait qu’il n’y avait pas encore de modèle d’affaires viable en France et qu’il fallait travailler à la valorisation du stockage et réfléchir à la création d’un statut d’opérateur de stockage. L’absence de normes ou de documents de référence L’absence actuelle de normes spé- cifiques au stockage complique les dé- marches administratives d’installation, d’autant que les techniques de raccor- 2 Voir l’article de Jean Vernet sur l’évolution des technologies. dement des installations de stockage au réseau de distribution diffèrent de celles des producteurs ou des consom- mateurs classiques. Il faut donc définir des procédures et conventions associées pour les futurs opérateurs de stockage : une documen- tation technique de référence pourrait être établie, comme pour le raccorde- ment des producteurs. Une évolution souhaitable du cadre réglementaire Aujourd’hui, aucun cadre législatif ne valorise de façon spécifique le stockage de l’énergie en tant que tel. La mise en place de l’obligation de capacité offre déjà de nouveaux débouchés à des installations de stockage mais pour- rait s’avérer insuffisante. Il faut donc en accélérer les effets pour garantir un déploiement plus rapide des solutions de stockage d’énergie, couplées ou non à des EnR comme dans d’autres pays. Les prérequis nécessaires à une véritable filière du stockage : s ÏTABLIR UNE FEUILLE DE ROUTE3 et dé- ployer une stratégie industrielle pour faire émerger des champions français et européens de la fourniture de sys- tèmes de stockage, mais aussi de ser- vices associés ; s CRÏER UN LABEL i lLIÒRE FRAN¥AISE DU stockage » ; s VEILLERÌLAPPLICATIONDELALOIDETRAN- sition énergétique et des programma- tions pluriannuelles de l’énergie qui font référence au stockage pour sécu- riser l’approvisionnement et intégrer les EnR ; s CONCRÏTISERLESPOTENTIELSDESTOCKAGE d’électricité dans le prochain décret de programmation pluriannuelle de l’éner- 3 La consultation des acteurs de la filière fait ressortir l’objectif de 1,5 GW de stockage en France en 2023, en s’appuyant notamment sur le déploiement des véhicules électriques en métropole et sur le passage aux énergies renouvelables des ZNI ; gie (PPE) [10], par le biais d’appels à projets (AAP) ciblés pour permettre le déploiement à un stade industriel des cas d’étude pertinents ; s DÏPLOYERENPRIORITÏLESTOCKAGELÌOá il est déjà rentable (notamment les zones insulaires) et identifier les fac- teurs clés de succès d’un déploiement en métropole ; s AGRÏGER PLUSIEURS SERVICES Ì LACTIF DU stockage pour qu’il soit rentable, en apportant notamment des services au réseau, bien plus rémunérateurs que les services aux consommateurs ; s INTÏGRER LE STOCKAGE DANS LES MÏCA- nismes de capacité (production/effa- cement) et dans leur rémunération via, par exemple, la prise en compte des différents types de stockage (tech- nologie, filière, service rendu) lors de l’évolution des tarifs d’utilisation des réseaux publics d’électricité (TURPE), prévue d’ici 2021 ; s CONSTRUIREDESSYNERGIESENTRELAlLIÒRE du stockage et l’industrie du véhicule électrique, notamment autour de la technologie V2G, afin de définir les standards de cette industrie ; s MIEUXDÏlNIRETPROMOUVOIRLERÙLEDU stockage pour donner une meilleure visibilité aux acteurs impliqués, en considérant par exemple « l’objet stoc- kage » d’énergie comme un actif à part entière, assurant à la fois la consomma- tion et la production d’énergie (voire de chaleur/froid) comme c’est déjà le cas en Angleterre ou en Allemagne ; s IDENTIlERLESMODALITÏSDESOUTIENDES pouvoirs publics pour les segments de marché les plus prometteurs, en considérant l’opportunité du soutien à l’innovation et du crédit d’impôt à l’in- vestissement, afin d’accélérer l’amor- tissement du coût en capital pour les nouvelles installations de stockage de l’énergie. En effet, la forte variabilité des revenus escomptés, en fonction des politiques nationales énergétiques menées, augmente le coût du capital. REE N°5/2018 Z 87 La filière française du stockage de l’énergie Un mécanisme public de réduction du risque financier faciliterait grandement LARÏALISATIONDE PROJETS Oá LE #!0%8 représente la majeure partie du coût ; s TRAITER LE SUJET DU RECYCLAGE ET DE LA seconde-vie des batteries des véhi- cules électriques. La France pourrait notamment s’appuyer sur ses leaders mondiaux du recyclage en mettant en place un bonus pour les projets utili- sant des batteries de seconde vie dans les appels d’offres mettant en œuvre du stockage. Conclusion La filière française du stockage se structure autour d’un marché intérieur émergent, mais un certain nombre de freins subsistent. Cette filière française du stockage commence à se développer depuis quelques années, aidée par un contexte politique, économique et réglementaire plus favorable. De nombreuses expéri- mentations permettent de tester les ser- vices rendus possibles par le stockage et de définir des critères de rentabilité, préalable essentiel au développement de la filière. Plusieurs questions restent ouvertes, comme l’émergence d’un champion français ou européen du stockage, et un certain nombre de freins subsistent, notamment économiques. Pour sur- monter ces freins, le déploiement d’une stratégie industrielle et la clarification du rôle du stockage dans les réseaux élec- triques intelligents forment deux condi- tions essentielles. Bibliographie Références générales s " #ANO # $ORNSTETTER 2 'ILLIOTTE A. Perrin, « Le stockage d’énergie par batterie : un avenir prometteur ? », Yélé, avril 2017. s -INISTÒREDES&INANCESETDES#OMPTES publics, Plan Stockage de l’Energie de LES AUTEURS Valérie-Anne Lencznar est déléguée générale de l’association Think Smartgrids, qui fédère la filière smart grid française. Diplômée du magistère de communication du Celsa (Paris 4 Sorbonne) et d’un Executive MBA de HEC, elle a évolué à la tête de la communication de différentes structures publiques, puis rejoint le secteur de l’énergie il y a 15 ans, au sein d’EDF puis de RTE. De 2009 à 2015, elle était secrétaire géné- rale coordinateur de la société de projet franco-espagnole Inelfe, qui a construit l’interconnexion électrique souterraine entre Perpignan et Figueras, préfigurant la mise en place de liaisons de transport Smartgrids en Europe. Melinda Murail est chargée de communication chez Think Smartgrids. Après un master affaires européennes à Sciences-po et des expé- riences à la Région Ile-de-France et à la direction développement durable d’Air Liquide, elle a travaillé quatre ans en tant que chef de projet et consultante en agence de communication, notamment pour des clients du secteur de l’énergie (Enedis, Engie, GRT gaz, GRDF, etc.). Patrick Canal est, depuis 2010, délégué général du Club Stockage d’énergies de l’Association technique énergie environnement (ATEE). À ce titre, il anime un réseau de 35 acteurs membres du club Stoc- kage d’énergies intéressés à appréhender les multiples enjeux de cette filière émergente en France et à être force de propositions reconnue par les pouvoirs publics pour favoriser un déploiement rapide des technologies et systèmes stationnaires de stockage d’électricité, de chaleur et de power-to-heat les plus pertinents. Florence Lambert, directrice du CEA Liten (CEA Grenoble et INES - Ins- titut national de l’énergie solaire), mène depuis 2013 des recherches sur la thématique des énergies renouvelables (solaire PV, solaire CSP, stockage batterie et H2 , réseaux énergétiques, numérique de l’éner- gie). Elle a été nommée en juin 2018 présidente de la commission Industrie, emplois et innovation du SER. 88 ZREE N°5/2018 DOSSIER 1 LE STOCKAGE PAR BATTERIES DANS LES RÉSEAUX ÉLECTRIQUES la Nouvelle France Industrielle, « Feuille de route stockage stationnaire pour les énergies renouvelables, facteurs clés de succès pour la filière industrielle française », 2017 Références du texte [1] Étude de Clean Horizon publiée en juillet 2017 [2] https://www.usinenouvelle.com/ editorial/adieu-les-34-plans-vive-les- 10-solutions-de-la-nouvelle-france- industrielle.N329990 [3] http://www.lechodusolaire.fr/appel- doffres-pv-stockage-67-projets- laureats-se-partagent-63-mw/ [4] https://www.usinenouvelle.com/ article/saft-s-arrime-a-l-europe-des- batteries.N658494 [5] Lazard’s levelized cost of storage ana- lysis, nov. 2017 [6] http://www.energie-rs2e.com/fr (Energie RS2E) [7] www.nicegrid.fr (Nice Grid, Enedis), ht tp://w w w.issy.com /issygrid (IssyGrid,BouyguesImmobilier),www. venteea.fr (Venteea, Enedis), https:// www.jupiter1000.eu (Jupiter 1000) https://www.actu-environnement. com/ae/news/stockage-electrique- lignes-virtuelles-rte-28586.php4 (RTE, RINGO) [8] https://www.edf.fr/groupe-edf/ espaces-dedies/journalistes/tous-les- communiques-de-presse/le-groupe- edf-annonce-le-plan-stockage- electrique-avec-pour-objectif-de- devenir-le-leader-europeen-du- secteur-d-ici-a-2035 [9] https://www.actu-environnement. com/media/pdf/news-27856-bilan- demonstrateurs-smart-grids-ademe- octobre-2016.pdf [10] Étude « PEPS4 » sur le potentiel national du stockage d’électricité, publiée mi-2018 par l’ATEE, avec la CONTRIBUTIONDEL!$%-%